半乳糖缺陷IgA1及其在紫癜性腎炎和IgA腎病中的作用

尹晶，胡堅(jiān)

(天津市兒童醫(yī)院風(fēng)濕免疫科，天津 300074)

半乳糖缺陷IgA1及其在紫癜性腎炎和IgA腎病中的作用

尹晶，胡堅(jiān)

(天津市兒童醫(yī)院風(fēng)濕免疫科，天津 300074)

過敏性紫癜(Henoch-Sch?nlein purpura，HSP)是兒童最常見的系統(tǒng)性血管炎，腎臟受累使其病程慢性化。紫癜性腎炎(HSPN)的發(fā)病機(jī)制尚不明確，但腎活檢顯示IgA腎病(IgAN)與HSPN具有相同的病理表現(xiàn)，因此我們可以通過對(duì)IgAN的研究來推測(cè)HSPN發(fā)病機(jī)制。越來越多的研究證實(shí)半乳糖缺陷IgA1(Galactose-deficient IgA1，Gd-IgA1)循環(huán)免疫復(fù)合物在IgAN和HSPN的發(fā)病中起重要作用。現(xiàn)將Gd-IgA1的分子結(jié)構(gòu)、合成代謝、在腎病中的作用以及遺傳特性等進(jìn)行綜述。

半乳糖缺陷IgA1；異常糖基化；過敏性紫癜；IgA腎病

過敏性紫癜(Henoch-Sch?nlein purpura，HSP)又稱IgA血管炎，是兒童最常見的系統(tǒng)性血管炎。HSP通常急性起病，臨床表現(xiàn)為良性、自限性的疾病過程，平均病程4周左右，但腎臟受累可以使其慢性化，并且是導(dǎo)致其預(yù)后不良的一個(gè)主要因素。紫癜性腎炎(HSPN)通常表現(xiàn)為鏡下血尿伴或不伴有輕度蛋白尿，多數(shù)在HSP發(fā)病后6周內(nèi)出現(xiàn)。在兒童中，大約20%的HSPN(6%～ 7%HSP)患兒表現(xiàn)為腎炎或腎病綜合征[1]，其中1%～3%的HSPN患者最終可能進(jìn)展為慢性腎病或終末腎[2]。

關(guān)于HSP以及HSPN的發(fā)病機(jī)制尚不明確，由于缺少HSP的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型，使其發(fā)病機(jī)制的研究受到限制。而腎活檢結(jié)果顯示HSPN和IgA腎病(IgAN)在病理上難以區(qū)分，兩者系膜區(qū)都有多聚IgA1的免疫復(fù)合物沉積[3]，目前觀點(diǎn)一致認(rèn)為HSP是IgAN的系統(tǒng)表現(xiàn)形式，它們可能是同一疾病的不同結(jié)局。因此，我們可以通過研究IgAN來推測(cè)HSPN的發(fā)病機(jī)制。

越來越多的研究證明含有半乳糖缺陷IgA1 (Galactose-deficient IgA1，Gd-IgA1)的循環(huán)免疫復(fù)合物在IgAN的發(fā)病機(jī)制中起重要作用，IgAN本質(zhì)是一種糖基化異常的疾病。研究同時(shí)還發(fā)現(xiàn)在HSP合并腎炎的患者中Gd-IgA1的循環(huán)免疫復(fù)合物明顯高于非腎損害HSP患者[3]；此外，雖然IgA1骨髓瘤患者循環(huán)中IgA1含量明顯升高，但僅僅含有Gd-IgA1的患者才出現(xiàn)免疫復(fù)合物性腎小球腎炎[4-5]，這些說明Gd-IgA1在腎臟病變中的重要作用。

1 IgA1的糖基化結(jié)構(gòu)

在健康個(gè)體中IgA主要分布在黏膜部位，血清中的IgA濃度相對(duì)較低。IgA含有兩個(gè)亞類：IgA1和IgA2。與IgA2不同，IgA1重鏈CH1和CH2之間的鉸鏈區(qū)有一個(gè)獨(dú)特的片段，富含脯氨酸、蘇氨酸和絲氨酸，它們是與含有N-乙酰氨基半乳糖(GalNAc)的O鏈聚糖相連接的部位[6-7]。GalNAc與半乳糖相連，可直接唾液酸化或通過半乳糖被唾液酸化，可為單唾液酸或雙唾液酸形式。正常循環(huán)中IgA1鉸鏈區(qū)的O鏈聚糖以GalNAc和半乳糖雙糖形式存在。而IgAN和HSPN患者血清中Gd-IgA1明顯升高，這些在IgA1鉸鏈區(qū)糖基化缺陷的O鏈聚糖是IgAN和HSPN的重要致病因子[8]。

2 O鏈聚糖的合成過程

IgA1的O鏈聚糖的合成過程：首先GalNAc在UDP-GalNAc轉(zhuǎn)移酶2(GalNAcT2)的催化作用下與IgA1鉸鏈區(qū)的蘇氨酸和絲氨酸連接，隨后半乳糖和/或唾液酸殘基與GalNAc相連。半乳糖與GalNAc的連接是通過核心1β1，3-半乳糖基轉(zhuǎn)移酶(Core1β1， 3-galactosyltransferase，C1GalT1)來完成的，此酶將半乳糖從UDP-半乳糖轉(zhuǎn)移到GalNAc。C1GalT1特異的分子伴侶Cosmc通過蛋白折疊使酶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，如果缺乏Cosmc，C1GalT1將被快速降解，鉸鏈區(qū)不能與足夠的半乳糖連接。最后在唾液酸轉(zhuǎn)移酶的作用下將帶負(fù)電荷的唾液酸連接到半乳糖或GalNAc上，組成O鏈聚糖的完整結(jié)構(gòu)。但如果GalNAc先于半乳糖被唾液酸化，那么這種不成熟的唾液酸形式將妨礙后來的半乳糖殘基與GalNAc的連接，因此，GalNAc特異的α 2,6唾液酸轉(zhuǎn)移酶(ST6GalNAcⅡ)和C1GalT1/Cosmc的相對(duì)活性都能夠影響IgA1的糖基化。

3 細(xì)胞因子對(duì)IgA1糖基化的影響

有研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞因子可以通過調(diào)節(jié)相關(guān)的酶活性而改變IgA1的糖基化。Suzuki等[9]通過體外實(shí)驗(yàn)比較來源于IgAN患者和健康對(duì)照者循環(huán)中分泌IgA1的細(xì)胞在不同細(xì)胞因子刺激下的反應(yīng)，結(jié)果顯示IL-6和IL-4能夠明顯提高Gd-IgA1含量，它們直接下調(diào)C1GalT1和Cosmc的表達(dá)而影響半乳糖的連接，而且IL-6還可以通過促進(jìn)ST6GalNAcⅡ的表達(dá)間接影響IgA1糖基化，這一結(jié)果通過siRNA干擾技術(shù)將相應(yīng)基因敲除和體外酶反應(yīng)實(shí)驗(yàn)得到驗(yàn)證。Yamada等[10]的研究也得到相似的結(jié)果，他們分別用IFN-γ、IL-2、IL-5和IL-4在體外刺激分泌IgA1的B細(xì)胞，結(jié)果顯示只有Th2細(xì)胞因子IL-4能夠明顯促進(jìn)IgA1的合成，并且通過下調(diào)C1GalT1和Cosmc的mRNA表達(dá)，抑制C1GalT1酶活性，從而改變IgA1的糖基化，這一過程可以被人重組IL-4可溶性受體阻斷。

4 黏膜免疫參與了Gd-IgA1的產(chǎn)生

IgAN顯微鏡下血尿的出現(xiàn)常與呼吸道、消化道等黏膜感染的發(fā)生密切相關(guān)，而HSP也與呼吸道感染有關(guān)，具有明顯的流行病學(xué)特點(diǎn)，這兩種疾病可由共同的細(xì)菌或病毒感染觸發(fā)，提示異常黏膜免疫反應(yīng)可能參與了Gd-IgA1的產(chǎn)生。支持這一觀點(diǎn)的依據(jù)有[11]：Gd-IgA1主要為IgA1多聚體(pIgA1)，而血清中IgA1約90%為單體，這種pIgA1主要來源于黏膜中分泌IgA1的細(xì)胞；IgAN顯微鏡下血尿與咽喉炎的發(fā)生具有一致性，稱為咽喉炎性血尿；疾病的嚴(yán)重程度與模式識(shí)別受體-TLR9的多態(tài)性相關(guān)。

然而，單純Gd-IgA1并不足以致病，需經(jīng)過“二次打擊”才最終使疾病得以形成，即半乳糖缺陷使O鏈聚糖的GalNAc或唾液酸化的GalNAc作為抗原表位暴露，與多糖特異的IgG(少數(shù)為IgA或IgM)抗體相結(jié)合[12]，形成免疫復(fù)合物。導(dǎo)致GalNAc特異抗體出現(xiàn)的刺激因素目前尚不明確，但研究發(fā)現(xiàn)一些病毒(呼吸道合胞病毒、EB病毒)和革蘭氏陽性菌(如鏈球菌)表面含有GalNAc結(jié)構(gòu)，推測(cè)這些病原體上的GalNAc結(jié)構(gòu)可能模擬了Gd-IgA1的多糖表位，刺激產(chǎn)生相應(yīng)的抗體，與Gd-IgA1交叉反應(yīng)形成循環(huán)免疫復(fù)合物。這也可以部分解釋為什么IgAN和HSP與感染密切相關(guān)[5]。

5 IgA1循環(huán)免疫復(fù)合物導(dǎo)致腎臟損傷

IgA在肝細(xì)胞分解代謝，但這些循環(huán)免疫復(fù)合物由于分子量較大，不能進(jìn)入孔徑較小的竇周間隙，從而不能有效地被肝臟清除，由于腎小球毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞間隙較大，使其最終進(jìn)入腎小球系膜區(qū)[13]，通過轉(zhuǎn)鐵蛋白受體(CD71)和Fcα/μ受體與腎小球系膜細(xì)胞結(jié)合，使其增殖，細(xì)胞外基質(zhì)擴(kuò)增，產(chǎn)生大量的細(xì)胞因子和生長因子促進(jìn)腎小球硬化[14-15]，抗CD71抗體可以抑制上述反應(yīng)，說明CD71在IgA1與系膜細(xì)胞的結(jié)合中起主要作用。此免疫復(fù)合物在足突細(xì)胞與小管上皮細(xì)胞沉積有限，但可以通過Mesangio-podocytic-tubular crosstalk機(jī)制使足突細(xì)胞功能失調(diào)和小管間質(zhì)損傷[16]：IgA1免疫復(fù)合物沉積在腎小球系膜區(qū)后導(dǎo)致系膜細(xì)胞活化，釋放促炎癥因子與促纖維化介質(zhì)，包括TNF、TGF-β、IL-6和血管緊張素Ⅱ等，系膜細(xì)胞釋放的TNF誘導(dǎo)足突細(xì)胞的TNF合成，而后者通過自分泌方式進(jìn)一步促進(jìn)足突細(xì)胞TNF的產(chǎn)生并上調(diào)TNF受體表達(dá)，當(dāng)TNF與TNFR1結(jié)合時(shí)導(dǎo)致IL-6合成和足突細(xì)胞凋亡，與TNFR2結(jié)合則繼續(xù)維持促炎癥細(xì)胞反應(yīng)[17]；足突細(xì)胞還可以通過促進(jìn)小管上皮細(xì)胞的活化而導(dǎo)致小管間質(zhì)損傷；系膜細(xì)胞釋放的醛固酮和血管緊張素Ⅱ協(xié)同誘導(dǎo)腎小管上皮細(xì)胞凋亡[18]。

6 Gd-IgA1的遺傳特性

IgAN和HSPN患者血清中Gd-IgA1水平具有高度遺傳性。Krzysztof等[19]將兒童HSPN、IgAN患者、他們的一級(jí)親屬與年齡種族相匹配的兒童對(duì)照以及健康成人對(duì)照的血清Gd-IgA1水平進(jìn)行比較，結(jié)果顯示IgAN和HSPN兒童血清中的Gd-IgA1水平明顯高于兒童對(duì)照(P值分別為1.7×10-7和6.5×10-9)，這兩種患者一級(jí)親屬的血清Gd-IgA1也高于相應(yīng)健康成人對(duì)照(P值分別為3.2×10-6和5.1×10-4)。在入組患者中，75%的家庭為單系遺傳，5%家庭為雙系遺傳，剩下20%為散發(fā)[19]。血清Gd-IgA1的遺傳特性已經(jīng)在高加索人、亞洲人和非裔美國人中得到證實(shí)[20-21]。IgAN和HSPN患者具有相似的遺傳特性，為它們享有共同的發(fā)病機(jī)制提供了進(jìn)一步的證明。值得注意的是在上述研究中IgAN和HSPN患者一級(jí)親屬的血清Gd-IgA1雖然高于正常對(duì)照，但并沒有出現(xiàn)相應(yīng)臨床表現(xiàn)，說明單獨(dú)Gd-IgA1升高尚不能致病，印證了前面所提到的“二次打擊”學(xué)說。在所有受累患兒中，還有一小部分血清Gd-IgA1并不升高，提示除Gd-IgA1外，可能還存在其他致病機(jī)制，這將需要大量研究來證實(shí)。

7 總 結(jié)

HSPN的發(fā)病機(jī)制尚未完全明確，但HSPN和IgAN有相同的病理表現(xiàn)，而Gd-IgA1在IgAN的發(fā)病機(jī)制中起重要作用。目前研究一致認(rèn)為Gd-IgA1在HSPN中起重要作用，是遺傳與環(huán)境的共同作用結(jié)果。對(duì)于HSPN發(fā)病機(jī)制的研究具有臨床實(shí)用性。我們可以將血清Gd-IgA1作為HSP進(jìn)展成腎病的遺傳風(fēng)險(xiǎn)因子，判斷疾病活動(dòng)度的指標(biāo)。我們還可以進(jìn)一步研究高水平Gd-IgA1是否與某一特定的臨床病例特征相關(guān)，通過長期隨訪觀察血清Gd-IgA1是否持續(xù)升高或隨臨床癥狀的緩解而降低，從而可以判斷對(duì)治療的反應(yīng)。HSP的嚴(yán)重腎損害是其預(yù)后不良的主要因素，由于Gd-IgA1在腎損害中的重要作用，我們是否可以通過清除循環(huán)中Gd-IgA1免疫復(fù)合物來達(dá)到治療目的。研究表明細(xì)胞因子也參與了Gd-IgA1的生成，這將為HSPN的治療提供新的靶點(diǎn)。

[1] McCarthy HJ,Tizard EJ.Clinical practice:Diagnosis and management of Henoch-Schonlein purpura[J].Eur J Pediatr,2010,169(6): 643-650.

[2] Saulsbury FT.Henoch-Sch?nlein purpura[J].Current Opinion in Rheumatology,2010,22(5):598-602.

[3] Levinsky R,Martin Barratt T.IgA immune complexes in Henoch-Sch?nlein purpura[J].The Lancet,1979,314(8152):1100-1103.

[4] Coppo R,Amore A.Aberrant glycosylation in IgA nephropathy (IgAN)[J].Kidney Int,2004,65(5):1544-1547.

[5]Novak J,Julian BA,Tomana M,et al.IgA glycosylation and IgA immune complexes in the pathogenesis of IgA nephropathy[J].Semin Nephrol,2008,28(1):78-87.

[6]Renfrow MB,Cooper HJ,Tomana M,et al.Determination of aberrant O-glycosylation in the IgA1 hinge region by electron capture dissociation fourier transform-ion cyclotron resonance mass spectrometry[J].J Biol Chem,2005,280(19):19136-19145.

[7]Takahashi K,Wall SB,Suzuki H,et al.Clustered O-glycans of IgA1: defining macro-and microheterogeneity by use of electron capture/ transferdissociation [J].MolCellProteomics,2010,9(11): 2545-2557.

[8]Novak J,Tomana M,Matousovic K,et al.IgA1-containing immune complexes in IgA nephropathy differentially affect proliferation of mesangial cells[J].Kidney Int,2005,67(2):504-513.

[9]Suzuki H,Raska M,Yamada K,et al.Cytokines alter IgA1 O-glycosylation by dysregulating C1GalT1 and ST6GalNAc-II enzymes[J]. J Biol Chem,2014,289(8):5330-5339.

[10]Yamada K,Kobayashi N,Ikeda T,et al.Down-regulation of core 1 β 1,3-galactosyltransferase and Cosmc by Th2 cytokine alters O-glycosylation of IgA1[J].Nephrology Dialysis Transplantation,2010,25 (12):3890-3897.

[11]Stuchlova Horynova M,Raska M,Clausen H,et al.Aberrant O-glycosylation and anti-glycan antibodies in an autoimmune disease IgA nephropathy and breast adenocarcinoma[J].Cell Mol Life Sci,2013,70 (5):829-839.

[12]Suzuki H,Fan R,Zhang Z,et al.Aberrantly glycosylated IgA1 in IgA nephropathy patients is recognized by IgG antibodies with restricted heterogeneity[J].J Clin Invest,2009,119(6):1668-1677.

[13]Coppo R,Amore A.Aberrant glycosylation in IgA nephropathy (IgAN)[J].Kidney Int,2004,65(5):1544-1547.

[14]Yu HH,Chiang BL,Yang YH.Altered glycosylation of circulatory IgA1 involved in Henoch-Schonlein purpura and IgA nephropathy [J].J Formos MedAssoc,2012,111(3):121-122.

[15]Mc Donald KJ,Cameron AJ,Allen JM,et al.Expression of Fc α/μ receptor by human mesangial cells:a candidate receptor for immune complex deposition in IgA nephropathy[J].Biochem Biophys Res Commun,2002,290(1):438-442.

[16]Lai KN.Pathogenesis of IgA nephropathy[J].Nature Reviews Nephrology,2012,8(5):275-283.

[17]Lai KN,Leung JC,Chan LY,et al.Activation of podocytes by mesangial-derived TNF-α:glomerulo-podocytic communication in IgA nephropathy[J].American Journal of Physiology-Renal Physiology, 2008,294(4):F945-F955.

[18]Chan LY,Leung JC,Tsang AW,et al.Activation of tubular epithelial cells by mesangial-derived TNF-α:Glomerulotubular communication in IgAnephropathy[J].Kidney Int,2005,67(2):602-612.

[19]Kiryluk K,Moldoveanu Z,Sanders JT,et al.Aberrant glycosylation of IgA1 is inherited in both pediatric IgA nephropathy and Henoch-Sch?nlein purpura nephritis[J].Kidney Int,2011,80(1):79-87.

[20]Lin X,Ding J,Zhu L,et al.Aberrant galactosylation of IgA1 is involved in the genetic susceptibility of Chinese patients with IgA nephropathy[J].Nephrology Dialysis Transplantation,2009,24(11): 3372-3375.

[21]Gharavi AG,Moldoveanu Z,Wyatt RJ,et al.Aberrant IgA1 glycosylation is inherited in familial and sporadic IgA nephropathy[J].J Am Soc Nephrol,2008,19(5):1008-1014.

R692.3+4

A

1003—6350（2016）05—0795—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2016.05.037

2015-04-28)

胡堅(jiān)。E-mail：h1957_7591@126.com